DGIST, 금속유기 분자체의 수분 안정성 향상법 개발

DGIST 신물질과학전공 정낙천 교수(뒷줄 오른쪽)와 연구진. DGIST 제공

일상생활 속 초미세먼지를 효과적으로 걸러줄 금속유기 분자체를 생성하는 새로운 방법이 개발됐다.

대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 신물질과학 전공 정낙천 교수 연구팀이 금속유기 분자체의 수분 안정성을 향상하는 '배위 화학적 환원법'(Coordinative Reduction)을 개발했다고 12일 밝혔다. 이번 연구는 환원 과정과 수분 안정성 향상에 관한 메커니즘도 함께 제시하며 완성도 높은 연구 결과를 도출했다는 평을 받았으며, 향후 공기청정 필터 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

'금속유기 분자체'(Metal-Organic Framework·MOF)는 분자 내부에 빈 공간을 갖는 다공성 물질이다. 특히 그 빈 공간을 이용, 기체 흡착과 분리 등 공기청정과 관련된 응용이 가능해 현대사회의 공기 오염 문제를 해결할 수 있는 물질로 기대받고 있다. 하지만 금속유기 분자체 결합 구조상 수분에 취약해 관련 기술 개발에 어려움을 겪어왔다.

정 교수팀은 금속유기 분자체의 수분 안정성을 위해 '하이드로퀴논'(Hydroquinone)을 이용했다. 피부 표백제 성분으로 활용되기도 하는 하이드로퀴논을 이용해 환원시킨 금속유기 분자체는 물속에서 몇 주간 머물러도 분자 구조가 붕괴하지 않을 정도로 높은 수분 안정성을 지녔다.

높은 수분 안정성의 원인은 바로 하이드로퀴논이 금속이온을 수분에 강한 특정 금속유기 분자체로의 선택적 환원을 가능케 했기 때문이다. 일반적인 환원법으로는 불가능했지만 하이드로퀴논이 개입한 배위 화학적 환원 과정은 수분에 강한 특정 금속유기 분자체로의 선택적 환원을 실현했다.

이때 배위 화학적 환원법을 통해 환원된 금속유기 분자체는 1~2㎚ 크기의 작은 구멍을 가진다. 이는 수십에서 수백㎚ 크기의 초미세먼지보다도 작고, 공기 중 수분의 영향에도 안정적이어서 향후 공기청정 분야를 포함해 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

정 교수는 "상상하던 환원법을 실험으로 진행해 본 것이 이번 연구의 시작이었다"며 "금속유기 분자체의 수분 안정성은 연구 도중 발견한 아주 값진 성과로 향후 실질적인 활용을 위해 추가적인 연구를 진행하고자 한다"고 포부를 밝혔다.

이번 연구는 DGIST 정낙천 교수와 송다해 석사과정생, 배진희 박사과정생, 지훈 석사과정생이 주도했다. 또한 포항가속기연구소와 연세대학교 등의 연구팀과 공동연구로 진행된 가운데 저명한 화학 분야 저널인 '저널 오브 더 아메리칸 케미컬 소사이어티'(Journal of the American Chemical Society·JACS) 5월호의 후면 표지(Supplementary cover)로 게재됐다.